國(guó)外彈簧加壓式電磁安全制動(dòng)器的發(fā)展現(xiàn)狀

李云玲

（科比傳動(dòng)技術(shù)（上海）有限公司，北京 100013）

0 引言

彈簧加壓式電磁制動(dòng)器主要作為安全制動(dòng)器安裝在電機(jī)上，以制動(dòng)電機(jī)產(chǎn)品的型式廣泛應(yīng)用于起重、電梯等行業(yè)，是保證設(shè)備安全正常工作的關(guān)鍵部件之一。隨著工業(yè)自動(dòng)化、智能化的飛速發(fā)展，對(duì)電磁制動(dòng)器的安全性、可靠性、平穩(wěn)舒適性、低噪音、耐高溫/低溫/高濕/腐蝕、壽命等方面不斷提出更高的要求。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)電磁制動(dòng)器研究的重點(diǎn)在于優(yōu)化設(shè)計(jì)、穩(wěn)健設(shè)計(jì)及制動(dòng)器控制電路設(shè)計(jì)等方面。國(guó)外對(duì)電磁制動(dòng)系統(tǒng)的研發(fā)工作開(kāi)展得非常深入，在制動(dòng)器優(yōu)化設(shè)計(jì)方面主要致力于制動(dòng)器的NVH（Noice，Vibration and Harshness）研究[1-2]，即研究方向是低噪音、高抗振、適應(yīng)嚴(yán)酷環(huán)境。國(guó)內(nèi)學(xué)者[3-7]對(duì)盤(pán)式電磁制動(dòng)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究得比較充分，但在穩(wěn)健設(shè)計(jì)方面尚在起步階段，對(duì)彈簧加壓式電磁制動(dòng)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)等理論研究基本處于空白階段。近幾年，天津機(jī)床電器總廠、成都瑞迪機(jī)械、天津永恒泰科技等企業(yè)借鑒國(guó)外彈簧加壓式電磁制動(dòng)器的商業(yè)成品技術(shù)，研發(fā)出了一系列適應(yīng)中國(guó)市場(chǎng)的低成本制動(dòng)器產(chǎn)品，并申請(qǐng)了實(shí)用新型專(zhuān)利保護(hù)[8-12]，但保護(hù)的內(nèi)容基本雷同于國(guó)外制動(dòng)器幾十年前的技術(shù)水平，在產(chǎn)品質(zhì)量、種類(lèi)及創(chuàng)新性方面與國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品相比，還有很大的差距。因此，在電梯、舞臺(tái)、風(fēng)電等行業(yè)對(duì)制動(dòng)器安全性或?qū)勖蠓浅８叩男袠I(yè)，主要依賴(lài)國(guó)外進(jìn)口。

歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家每年都在制動(dòng)器的研發(fā)與創(chuàng)新上投入相當(dāng)可觀的費(fèi)用。德國(guó)KEB、MAYR、INTORQ公司是彈簧加壓式電磁安全制動(dòng)器研發(fā)的先導(dǎo)者，他們生產(chǎn)的安全制動(dòng)器在國(guó)際市場(chǎng)和技術(shù)上都處于領(lǐng)先地位。采用新設(shè)計(jì)、新技術(shù)、新材料，不斷提高產(chǎn)品性能是國(guó)外制動(dòng)器發(fā)展的一大特點(diǎn)。為了解國(guó)內(nèi)外電磁安全制動(dòng)器的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，本文對(duì)國(guó)內(nèi)外制動(dòng)器的材料、加工工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行了比較和分析。研究國(guó)外電磁安全制動(dòng)器設(shè)計(jì)過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)于拓展國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)人員的思路并指導(dǎo)他們研發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能、長(zhǎng)壽命的國(guó)產(chǎn)制動(dòng)器具有重要的意義。

1 基本結(jié)構(gòu)及工作原理

彈簧加壓式電磁安全制動(dòng)器又稱(chēng)電磁抱閘或電磁剎車(chē)，是一種在干式條件下工作的摩擦式直流電磁制動(dòng)器，可以在失電情況下使電機(jī)軸緊急制動(dòng)或正常工作停機(jī)后使電機(jī)軸保持制動(dòng)狀態(tài)。具有結(jié)構(gòu)緊湊、響應(yīng)迅速、制動(dòng)平穩(wěn)、性能穩(wěn)定可靠、安裝維修方便、壽命長(zhǎng)久、噪音低、易于控制等優(yōu)點(diǎn)。

1.1 基本結(jié)構(gòu)

彈簧加壓式電磁安全制動(dòng)器的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由電磁鐵系統(tǒng)和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)組成。其中電磁鐵系統(tǒng)包括電磁鐵2、銜鐵3、制動(dòng)彈簧4、手動(dòng)釋放9等，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)包括軸套5和制動(dòng)摩擦盤(pán)6。將制動(dòng)器用螺釘1安裝在電機(jī)座或?qū)ε寄Σ帘P(pán)7或法蘭上。調(diào)節(jié)定距螺管8使銜鐵和磁鐵之間的氣隙保持在額定值。

圖1 彈簧加壓式電磁安全制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)

1.2 工作原理

彈簧加壓式電磁安全制動(dòng)器的制動(dòng)力來(lái)自彈簧，電磁力用于解除制動(dòng)。制動(dòng)器失電時(shí)，電磁鐵2的線圈失去電磁力，壓縮彈簧4依靠自身的彈力將銜鐵3和制動(dòng)摩擦盤(pán)6壓向?qū)ε寄Σ帘P(pán)7，正隨電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)的摩擦盤(pán)與銜鐵和對(duì)偶摩擦盤(pán)產(chǎn)生摩擦力而使制動(dòng)器制動(dòng)、電機(jī)軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

制動(dòng)器接通直流電后，電磁鐵的線圈產(chǎn)生一個(gè)電磁場(chǎng)，銜鐵在電磁力的作用下，抵消彈簧力被吸引到電磁鐵上，使銜鐵與制動(dòng)摩擦盤(pán)分離，制動(dòng)器制動(dòng)被釋放，電機(jī)軸可以帶著摩擦盤(pán)正常旋轉(zhuǎn)。

對(duì)于突然停電導(dǎo)致制動(dòng)器制動(dòng)的情況，可以人工扳動(dòng)手動(dòng)釋放手柄9，使銜鐵壓緊彈簧而解除制動(dòng)，并將懸掛的重物一點(diǎn)點(diǎn)放下。

2 關(guān)鍵零部件的材料和加工工藝研究

電磁鐵、銜鐵、彈簧、制動(dòng)摩擦盤(pán)是電磁安全制動(dòng)器中非常關(guān)鍵的零部件。

2.1 電磁鐵

電磁鐵由外殼、線圈和絕緣填充材料組成。設(shè)計(jì)時(shí)需要選擇合適的外殼磁鋼材料、漆包線及絕緣填充材料。

為了提高導(dǎo)磁性能和減少剩磁影響，電磁鐵外殼多選用導(dǎo)磁性能和加工性能較好、矯頑力較小的低碳鋼軟磁材料，國(guó)內(nèi)普遍使用10鋼、20鋼。德國(guó)通常采用自動(dòng)化流水線加工制動(dòng)器外殼、法蘭、銜鐵等零件。因此，通常使用適于自動(dòng)化切削加工的11SMn30圓鋼來(lái)加工電磁鐵的外殼。我們采用國(guó)產(chǎn)的Y15易切削鋼來(lái)替代德國(guó)11SMn30鋼，取得了很好的效果。

國(guó)內(nèi)多采用鍍鋅技術(shù)對(duì)電磁鐵外殼進(jìn)行表面防腐處理，德國(guó)普遍采用的是熱噴鋅的噴涂技術(shù)。熱噴涂技術(shù)由于在熱噴鋅后又用涂料進(jìn)行封閉處理，形成了鋅層與涂料的復(fù)合涂層,大大增強(qiáng)了鋼表面的耐腐蝕性能。國(guó)際知名的重防腐長(zhǎng)效涂料有德國(guó)HEMPEL老人牌、International國(guó)際牌等。采用不同厚度的環(huán)氧富鋅底漆、厚漿環(huán)氧中間漆和聚氨酯面漆組合方案，可以耐受大氣腐蝕等級(jí)為C4、C5－M的海上惡劣環(huán)境，防腐壽命可達(dá)H級(jí)（高級(jí)15-20年）[13]。

線圈的繞制和絕緣填充材料的澆注制造工藝在國(guó)內(nèi)已經(jīng)非常成熟。德國(guó)通常選擇絕緣等級(jí)B級(jí)（130℃）的聚酯漆包圓銅線，可達(dá)到較高的絕緣耐熱性能；對(duì)于冶金、軍工等需要絕緣耐熱等級(jí)高的行業(yè)，可選用F級(jí)（155℃）的改性聚酯漆包線或H級(jí)（180℃）的聚酯亞胺漆包線等；選用耐高溫絕緣等級(jí)H級(jí)的環(huán)氧樹(shù)脂作為絕緣填充材料。國(guó)際知名的漆包線廠家有德國(guó)的Synflex Elektro、美國(guó)的Essex等，環(huán)氧樹(shù)脂廠家有英國(guó)的ALTANA等。

2.2 銜鐵/對(duì)偶摩擦盤(pán)或法蘭

銜鐵和對(duì)偶摩擦盤(pán)或法蘭是與制動(dòng)摩擦盤(pán)兩面產(chǎn)生摩擦的摩擦副中的另一個(gè)對(duì)偶零件，需要有較高耐熱、耐磨、耐腐蝕、耐疲勞的硬質(zhì)摩擦表面。德國(guó)通常選用11SMn30圓鋼、C15圓鋼等導(dǎo)磁材料來(lái)加工銜鐵、對(duì)偶摩擦盤(pán)或法蘭。對(duì)于中小力矩的制動(dòng)器，德國(guó)通常要對(duì)銜鐵和對(duì)偶摩擦盤(pán)進(jìn)行氮化等表面硬化處理；對(duì)于較大力矩的制動(dòng)器，通常要對(duì)銜鐵和對(duì)偶法蘭鍍鋅或鍍鎳處理。C15鋼是表面經(jīng)過(guò)滲氮硬化處理的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，可用國(guó)產(chǎn)的15鋼、15Mn鋼滲碳處理來(lái)代替，效果要遠(yuǎn)好于國(guó)內(nèi)有些廠家為降低成本使用的HT250、Q345等鑄鐵材料表面鍍鋅處理。對(duì)防腐性能要求高的行業(yè)，銜鐵和對(duì)偶法蘭通常要鍍鎳或鍍硬鉻，需要注意的是不能將鍍銅作為中間鍍層，會(huì)影響電磁制動(dòng)器的磁場(chǎng)而降低制動(dòng)力矩。

2.3 彈簧

安全制動(dòng)器上使用的彈簧是螺旋型壓縮彈簧，是電磁安全制動(dòng)器中最關(guān)鍵的一個(gè)零件。彈簧鋼材料應(yīng)具有優(yōu)良的綜合性能，即較高的力學(xué)性能(彈性極限、強(qiáng)度極限、屈強(qiáng)比)、抗彈性減退性能、疲勞性能、淬透性、物理化學(xué)性能(耐熱、耐低溫、抗氧化、耐腐蝕等)，以保證制動(dòng)器有可靠的制動(dòng)力和長(zhǎng)效穩(wěn)定的工作壽命。國(guó)內(nèi)最常用60Si2MnA、50CrVA等合金彈簧鋼來(lái)制造重要螺旋彈簧，并做鍍鋅或發(fā)黑處理；對(duì)于高溫、低溫和腐蝕性環(huán)境，可使用不銹鋼、鉻鎳鐵合金等特殊材料的彈簧。目前，國(guó)產(chǎn)彈簧鋼的工藝水平及質(zhì)量控制不穩(wěn)定，強(qiáng)度水平難以滿(mǎn)足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的要求。彈簧鋼未來(lái)的發(fā)展方向是具有超高強(qiáng)度、超高疲勞強(qiáng)度和耐腐蝕疲勞性能、優(yōu)良的抗彈減性能和良好的經(jīng)濟(jì)性[14]。德國(guó)Thyssen Krupp、法國(guó)Allevard等國(guó)際知名彈簧公司已在中國(guó)建廠。

2.4 軸套-摩擦盤(pán)系統(tǒng)

電磁制動(dòng)器中通常使用分體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，即金屬材料的軸套（內(nèi)盤(pán)）與摩擦材料的制動(dòng)摩擦盤(pán)（外盤(pán)）組成的系統(tǒng)。制動(dòng)摩擦盤(pán)是電磁安全制動(dòng)器中最關(guān)鍵的一個(gè)部件，必須具有較大的摩擦接觸面積、良好的耐磨性和熱穩(wěn)定性、較低的硬度、良好的機(jī)械性能和物理性能。目前國(guó)內(nèi)使用最多的是鋼纖維增強(qiáng)的半金屬有機(jī)摩擦片，但同時(shí)存在易銹蝕、噪聲大、壽命短等問(wèn)題。國(guó)外在制動(dòng)器中廣泛采用無(wú)石棉的礦物復(fù)合有機(jī)摩擦材料和在高溫下模壓成型的加工工藝[15]。為提高機(jī)械強(qiáng)度和使用壽命，通常摩擦盤(pán)都帶金屬背板或金屬嵌件。德國(guó)通常采用不銹鋼或硬鋁AL－CU－MG－PB軸套，中小力矩的制動(dòng)器多采用摩擦材料內(nèi)嵌鋼架的矩形花鍵摩擦盤(pán)解決方案，如圖2所示；較大力矩的制動(dòng)器多采用在硬鋁合金背板兩側(cè)鑲嵌摩擦襯片的漸開(kāi)線花鍵摩擦盤(pán)解決方案，如圖3所示。國(guó)內(nèi)可用2A06高強(qiáng)度鋁合金來(lái)制造軸套和摩擦盤(pán)背板。國(guó)際知名制動(dòng)器公司普遍使用德國(guó)Bremskerl公司生產(chǎn)的高性能摩擦片。

3 滿(mǎn)足特殊行業(yè)需求的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

3.1 高檔電梯/舞臺(tái)制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

隨著人們生活水平的提高，對(duì)高檔酒店/寫(xiě)字樓、大型舞臺(tái)/劇院的需求也日益增多，迫切需要能與之配套的高性能制動(dòng)器。

3.1.1 雙倍安全性設(shè)計(jì)

電梯曳引機(jī)和舞臺(tái)吊機(jī)是對(duì)制動(dòng)器安全性能要求最高的起升機(jī)構(gòu)。按照歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN81的要求，起升機(jī)構(gòu)必須具有兩個(gè)相互獨(dú)立工作的制動(dòng)器和兩個(gè)相互獨(dú)立的控制裝置[16]。

為滿(mǎn)足這個(gè)安全性要求，研發(fā)出了各種結(jié)構(gòu)緊湊的雙倍制動(dòng)器。如圖4(a)、4(b)所示的雙倍制動(dòng)器有兩個(gè)幾乎完全相同的單制動(dòng)器和兩個(gè)監(jiān)測(cè)制動(dòng)器磨損情況的微動(dòng)開(kāi)關(guān)；圖4(c)所示的雙倍制動(dòng)器外形尺寸與單制動(dòng)器相同，但具有兩個(gè)線圈回路、兩個(gè)半圓形銜鐵和兩個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)。雙倍制動(dòng)器中的每個(gè)制動(dòng)器可以獨(dú)立制動(dòng)及控制，在機(jī)械和電氣設(shè)計(jì)方面具有高度的安全性。雙倍制動(dòng)器的解決方案已在德國(guó)蒂森電梯、日本東芝電梯、國(guó)家大劇院吊機(jī)、長(zhǎng)安大戲院吊機(jī)等應(yīng)用中得到非常高的評(píng)價(jià)。

3.1.2 低噪音設(shè)計(jì)

圖2 矩形花鍵軸套-摩擦盤(pán)

圖3 漸開(kāi)線花鍵軸套-摩擦盤(pán)

圖4 雙倍制動(dòng)器

從設(shè)計(jì)、制造的根本著手，對(duì)制動(dòng)器的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜音設(shè)計(jì)、合理選用摩擦材料、提高加工制造精度，可有效降低制動(dòng)器噪音。

降低噪音的解決方案主要有以下3類(lèi)：

（1）密閉設(shè)計(jì)：在電磁鐵和電機(jī)座的外緣采用橡膠防塵罩、制動(dòng)器內(nèi)孔與電機(jī)軸之間采用端蓋或軸封等，使制動(dòng)器成為一個(gè)密閉的結(jié)構(gòu)，在提高防護(hù)等級(jí)的同時(shí)也降低了噪音，如圖4(a)圖所示。

本系統(tǒng)以MAXIM公司的1024位單總線（1-Wire）EEPROM芯片DS2431為eID芯片，存儲(chǔ)每根光纖的連接信息。DS2431內(nèi)部有4個(gè)存儲(chǔ)器頁(yè)，每頁(yè)256位。DS2431只需要一根帶有上拉電阻（0.3～2.2 kΩ）的數(shù)據(jù)線DQ和一根GND線，即可與MCU正常通信；數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)遵循1-Wire協(xié)議。

（2） 軸套－摩擦盤(pán)之間的抗振動(dòng)設(shè)計(jì)：在漸開(kāi)線花鍵軸套與摩擦盤(pán)之間增加 O形橡膠密封圈，如圖4(b)所示。在軸套漸開(kāi)線齒面上噴涂尼龍防噪涂層。

（3）銜鐵與電磁鐵之間的抗沖擊設(shè)計(jì)：在銜鐵與電磁鐵之間增加橡膠球、小O形橡膠圈等彈性阻尼件，如圖5(a)所示。在銜鐵與電磁鐵之間增加防潮、阻燃的特制紙墊片等。

另外還有采用兩層銜鐵的設(shè)計(jì)，即在制動(dòng)摩擦盤(pán)與銜鐵之間再增加一個(gè)鋁制的靜音銜鐵，如圖5(b)所示；在銜鐵與定距螺管之間增加O形橡膠圈，如圖4(b)所示。橡膠圈等的彈性、硬度必須穩(wěn)定、凹槽必須有較高的精度，否則會(huì)影響制動(dòng)器的制動(dòng)及釋放性能。實(shí)驗(yàn)證明，2x525Nm低噪音雙倍制動(dòng)器的實(shí)驗(yàn)室噪音低于60dB，在高檔樓宇的電梯應(yīng)用中得到一致認(rèn)可。

3.1.3 節(jié)能設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的電磁安全制動(dòng)器在電機(jī)工作過(guò)程中，必須始終給電磁鐵線圈通電，不僅消耗電能，也因發(fā)熱高而影響制動(dòng)器的使用壽命。因此，制動(dòng)器的控制電路通常采用節(jié)能設(shè)計(jì)的方案[17]，即在制動(dòng)器通電的瞬間有較大的電流將銜鐵吸引到電磁鐵上，吸合后只有較小的維持電流保持銜鐵的吸合狀態(tài)。由于通電瞬間的電流大，制動(dòng)器釋放時(shí)間縮短一倍，制動(dòng)器耐磨損能力增加一倍，壽命延長(zhǎng)。由于維持電流小、發(fā)熱量小，能耗降低75%。同時(shí)，電磁鐵斷電時(shí)的剩磁也小，制動(dòng)器的制動(dòng)時(shí)間縮短30%。國(guó)外有這種專(zhuān)門(mén)研發(fā)的控制器產(chǎn)品——過(guò)勵(lì)磁電源。實(shí)際應(yīng)用證明，該電源動(dòng)作可靠、故障率低，具有顯著的節(jié)電效果。

3.2 變槳制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

隨著陸地風(fēng)電行業(yè)的技術(shù)成熟與蓬勃發(fā)展，海上風(fēng)電的需求也日益增高，對(duì)變槳制動(dòng)器也提出了更高的要求。

3.2.1 安裝方式多樣性設(shè)計(jì)

根據(jù)客戶(hù)設(shè)計(jì)的要求，變槳制動(dòng)器可以選擇安裝在電機(jī)的前端、內(nèi)部和尾部，如圖6所示。目前，風(fēng)電機(jī)組變槳系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的是將制動(dòng)器安裝在電機(jī)的前端，可以對(duì)變槳減速箱的高速端進(jìn)行有效的安全保護(hù)。

圖5 低噪音設(shè)計(jì)

海上屬于高濕、高腐蝕環(huán)境。因此，變槳制動(dòng)器必須采用防護(hù)等級(jí)IP65以上的全密閉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖7(a)所示。在法蘭連接處都有O形密封圈、軸連接處有軸封。KEB有一種不帶手動(dòng)釋放、帶微動(dòng)開(kāi)關(guān)的變槳制動(dòng)器，防護(hù)等級(jí)可高達(dá)IP67。

3.2.3 長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)

風(fēng)電設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)都要求使用壽命必須在20年以上。因此，變槳制動(dòng)器也相應(yīng)進(jìn)行了長(zhǎng)壽命的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如高強(qiáng)度彈簧采用經(jīng)過(guò)電鍍處理并冗余設(shè)計(jì)，以確保制動(dòng)器在高溫時(shí)仍有可靠而穩(wěn)定的制動(dòng)力矩，彈簧使用壽命可高達(dá)1000萬(wàn)次以上，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有高抗振性。在制動(dòng)器100%通電情況下，線圈絕緣等級(jí)可達(dá)H級(jí)（180℃）；制動(dòng)摩擦盤(pán)使用特殊的摩擦材料，在高溫時(shí)具有穩(wěn)定的摩擦性能。

為驗(yàn)證制動(dòng)器的使用壽命，對(duì)在極端試驗(yàn)條件下工作的100Nm制動(dòng)器做了如下的磨損試驗(yàn)：在電機(jī)以2000rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)，給制動(dòng)器斷電，讓制動(dòng)摩擦盤(pán)與銜鐵和法蘭進(jìn)行摩擦，10.5s后給制動(dòng)器通電，每隔30min使制動(dòng)器制動(dòng)10.5s，測(cè)試10個(gè)周期。結(jié)果顯示：摩擦盤(pán)的磨損量只有0.1mm，經(jīng)過(guò)計(jì)算摩滑功，可以驗(yàn)證制動(dòng)器的預(yù)期使用壽命大于20年。

3.2.4 耐高溫、耐低溫、耐腐蝕設(shè)計(jì)

海上的環(huán)境，高低溫變化大、鹽成分高、易生銹，通常要求變槳制動(dòng)器能適應(yīng)－40℃ －60℃的環(huán)境溫度范圍、防腐等級(jí)C4以上。變槳制動(dòng)器采用了相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案，如法蘭、銜鐵鍍鎳或鍍鉻；電磁鐵外殼采用熱噴鋅的技術(shù)，重防腐涂料總干膜厚度在240mm以上；安裝螺釘鍍達(dá)克羅；如圖7(b)所示的防結(jié)露加熱器，可防止低溫或高濕環(huán)境形成冷凝水、結(jié)冰；電纜采用可插拔連接頭，如圖7(c)所示。

圖6 制動(dòng)器的安裝位置

圖7 變槳制動(dòng)器

3.2.5 單向制動(dòng)設(shè)計(jì)

帶有單向軸承（又稱(chēng)單向離合器）的電磁安全制動(dòng)器又稱(chēng)單向制動(dòng)器，如圖7(c)所示。單向制動(dòng)器可以在動(dòng)力缺失、無(wú)法對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行任何調(diào)試的失電情況下，為設(shè)備提供單向制動(dòng)的安全保護(hù)，只允許葉片沿一個(gè)方向自由旋轉(zhuǎn)，釋放風(fēng)險(xiǎn)。

3.2.6 節(jié)能設(shè)計(jì)

有的變槳系統(tǒng)要求制動(dòng)器在300VDC應(yīng)急電源下安全工作，由于電壓高且通電時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致發(fā)熱高、能耗也高。因此，設(shè)計(jì)上常用兩種解決方案。一是采用耐高溫、耐低溫和耐腐蝕的過(guò)勵(lì)磁電源。使用一種最新技術(shù)的過(guò)勵(lì)磁電源（24V直流輸入，瞬間輸出24V，800ms后降至6V），對(duì)一個(gè)400Nm、130W的制動(dòng)器在不同溫度下進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。試驗(yàn)表明：在過(guò)勵(lì)磁電源控制下工作的制動(dòng)器，在不同溫度下開(kāi)關(guān)響應(yīng)速度變化不大，能可靠制動(dòng)；線圈保持功率只需8W、保持電流小，最高可降低75%的能耗。

表1 制動(dòng)器在過(guò)勵(lì)磁電源控制下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

另一個(gè)解決方案是制動(dòng)器電磁鐵里有兩個(gè)獨(dú)立的線圈，一個(gè)電壓300VDC，另一個(gè)電壓24VDC，300V線圈用來(lái)釋放，24V線圈用來(lái)保持，可有效地降低制動(dòng)器線圈的溫升、節(jié)約能源、延長(zhǎng)制動(dòng)器的使用壽命。

電磁制動(dòng)器的控制回路必須具有低電壓穿越（LVRT）性能，即有增大直流母線電容、輔助失電跨越設(shè)備等的精密閉環(huán)控制策略，以確保即使風(fēng)電機(jī)組發(fā)生瞬間掉電，制動(dòng)器也不會(huì)緊急制動(dòng)，造成工業(yè)生產(chǎn)中的損失。

4 結(jié)論

目前，國(guó)外彈簧加壓式電磁安全制動(dòng)器正向高安全性、高可靠性、低噪音、長(zhǎng)壽命、節(jié)能等方向發(fā)展。通過(guò)分析研究國(guó)外先進(jìn)制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)，可吸收符合我國(guó)現(xiàn)實(shí)條件的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、技術(shù)條件和生產(chǎn)工藝，找出不盡合理的結(jié)構(gòu)和技術(shù)，進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，降低成本的同時(shí)提高產(chǎn)品的性能。我國(guó)制動(dòng)器在選用材料、加工工藝、整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面還有很大的發(fā)展空間。

[1] Sébastien E.Gay, Mehrdad Ehsani.Optimized design of an intergrated eddycurrent and friction brake for automotive applications[C].Vehicle Power and Propulsion,2005 IEEE Conference: 290-294.

[2] Ralf Meske.Parametric Optimization of a Brake Assembly Regarding NVH using OPTIMUS and ABAQUS[J].2006.

[3] 侯永濤.汽車(chē)電磁制動(dòng)器設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究及集成平臺(tái)構(gòu)建[D].江蘇大學(xué)汽車(chē)與交通工程學(xué)院,2008.

[4] 李仲興.車(chē)輛電磁制動(dòng)器電磁體結(jié)構(gòu)優(yōu)化機(jī)理及工藝研究[D].江蘇大學(xué)汽車(chē)與交通工程學(xué)院,2007.

[5] 章文道.國(guó)外單片電磁離合器和制動(dòng)器的技術(shù)特點(diǎn)[J].機(jī)械制造,1994(12):4-5.

[6] 龔園丁.雷達(dá)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)失電電磁制動(dòng)器設(shè)計(jì)研究[J].微電機(jī),2007,40（9）：30-32.

[7] 興濤,王菲,楊萍.一種帶手動(dòng)釋放旋鈕的控制電機(jī)用盤(pán)式電磁制動(dòng)器[J].機(jī)械工程師,2011(6):41-42.

[8] 阮社良,張慧娟.一種帶微動(dòng)開(kāi)關(guān)的電磁失電制動(dòng)器[P].中國(guó),CN201020648720.6,2010-12-09.

[9] 姚建輝,王全保.一種低噪音電磁制動(dòng)器[P].中國(guó),CN201020567394.6,2010-10-20.

[10]胥勛澤,黃濤.一種低噪音的電磁蝶式制動(dòng)器[P].中國(guó),CN201120291134.5,2011-08-15.

[11] 廖世全.盤(pán)式雙倍多階緩沖低噪音制動(dòng)器[P].中國(guó),CN201110245706.0，2011-08-25.

[12] 陳立銘,劉德良.一種單向制動(dòng)電磁安全制動(dòng)器[P].中國(guó),CN201110156231.8,2011-06-10.

[13] 徐克文,李君,趙昌華.海上風(fēng)電防腐系統(tǒng)的選擇與運(yùn)用[J].電力設(shè)施腐蝕與控制,2011:222-227.

[14] 洪國(guó)華,楊順虎等.國(guó)內(nèi)外彈簧鋼的生產(chǎn)現(xiàn)狀和發(fā)展前景[J].現(xiàn)代冶金,2009, 37(1):1-4.

[15] 高慧民.礦物復(fù)合摩擦材料[M].1版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2007.

[16] 張進(jìn).淺談電梯制動(dòng)器的要求和檢驗(yàn)[J].工業(yè)技術(shù),2006:47.

[17] 董圣英.節(jié)能電磁制動(dòng)器的電氣控制電路設(shè)計(jì)[J].國(guó)內(nèi)外機(jī)電一體化技術(shù),2011:24-26.